一、鍋爐受壓過程
(一) 蒸汽鍋爐
在各類鍋爐中,以帶鍋筒的自然循環(huán)蒸汽鍋爐居多。其升壓、受壓過程與日常生活中使用的壓力鍋相似,即介質(zhì)壓力不是來源于加壓機(jī)械(水泵),而是來源于熱力過程,受壓與受熱不可分割地聯(lián)系在一起。
鍋爐生火前,通常在鍋筒中加入大約半鍋筒水,水面上的鍋內(nèi)空間充滿濕空氣,其壓力為大氣壓力。鍋爐生火受熱到一定程度時,會在大氣壓力下沸騰產(chǎn)汽,此時水和蒸汽的溫度均為100攝氏度。
如果鍋筒是敞口的,則鍋內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽將全部進(jìn)入大氣中,鍋內(nèi)維持大氣壓力,不會升壓。如果水面之上的鍋內(nèi)空間是完全封閉的,則鍋內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽會全部聚積起來。由于水變成蒸汽時體積大大增加,而鍋內(nèi)容納氣體的空間有限,鍋內(nèi)水面上的蒸汽分壓將急劇升高。與此相應(yīng),水的飽和溫度也隨之升高,水在更高的溫度下汽化。隨著燃燒、傳熱和產(chǎn)汽過程繼續(xù)進(jìn)行,壓力和溫度升高的過程也將繼續(xù)下去。
實(shí)際上的鍋爐生火升壓過程介于上述兩種情況之間:鍋內(nèi)存汽空間接有排汽管,排汽管上有控制閥門。生火升壓時,將閥門開度適當(dāng)調(diào)整,使排汽量小于鍋內(nèi)產(chǎn)汽量,使鍋內(nèi)存汽空間的存汽量有控制地增加。則鍋內(nèi)壓力逐步上升,直至達(dá)到所要求的蒸汽壓力。此時,調(diào)整鍋爐燃燒狀態(tài)及排汽閥門開度,使排汽量等于鍋內(nèi)產(chǎn)汽量,鍋內(nèi)的壓力即大體維持不變,鍋爐即進(jìn)入正常的運(yùn)行狀態(tài)。簡單地說,蒸汽鍋爐升壓需要兩個條件:第一,通過燃燒傳熱產(chǎn)生蒸汽;第二,在鍋內(nèi)積存蒸汽。
(二)熱水鍋爐
在熱水鍋爐供熱系統(tǒng)內(nèi),水通常是強(qiáng)制流動。在熱水鍋爐生火啟動之前,已經(jīng)開動水泵使水在包括鍋爐在內(nèi)的系統(tǒng)中受壓流動,所以熱水鍋爐是先受壓后受熱,屬機(jī)械(水泵)加壓。但在鍋爐生火啟動,鍋水受熱后,水的體積膨脹就會導(dǎo)致壓力變化;特別是水受熱汽化且蒸汽不能充分排放時,水的受熱過程同樣是引起壓力升高的主要因素。
可以說,各種鍋爐的壓力變化都與受熱過程直接相關(guān)。
二、蒸汽鍋爐受壓特點(diǎn)
1.蒸汽鍋爐中的壓力是“自升壓”,產(chǎn)生壓力的根源是鍋爐內(nèi)的燃燒傳熱,產(chǎn)生壓力的過程是在鍋爐中積存蒸汽和熱能的過程。
2.蒸汽鍋爐中的壓力是“可變壓”,鍋內(nèi)壓力隨鍋內(nèi)積存蒸汽質(zhì)量、熱能的多少而變動。導(dǎo)致壓力變動的主要因素是鍋爐燃燒、傳熱及負(fù)荷變化,即鍋爐產(chǎn)汽量與排汽量之間的關(guān)系。
鍋爐正常運(yùn)行時,鍋爐排汽量取決于鍋爐負(fù)荷,即蒸汽用戶需用蒸汽量。鍋爐產(chǎn)汽量則是鍋爐蒸發(fā)量。當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量與負(fù)荷相等時,鍋內(nèi)壓力維持不變,即在產(chǎn)汽與排汽的動平衡中維持不變。鍋爐負(fù)荷一定時,
燃燒或傳熱減弱,鍋爐蒸發(fā)量減小,產(chǎn)汽量小于排汽量,鍋內(nèi)壓力就降低;燃燒或傳熱增強(qiáng),鍋爐蒸發(fā)量增大,產(chǎn)汽量大于排汽量,鍋內(nèi)壓力就升高。反之,鍋爐蒸發(fā)量一定時,增大或減小鍋爐負(fù)荷,鍋內(nèi)壓力會相應(yīng)減小或增大。當(dāng)鍋爐負(fù)荷與蒸發(fā)量同時變化時,鍋內(nèi)壓力的變化情況更為復(fù)雜。
三、結(jié)語
1.對于蒸汽鍋爐,由于壓力是在動平衡中維持的,隨時可能變化,所以必須嚴(yán)格監(jiān)控蒸汽壓力的變化,防止壓力的過大波動和超壓。當(dāng)有超壓危險(xiǎn)而安全裝置又失靈時,減弱燃燒進(jìn)而熄火停爐,即可從根本上切斷危險(xiǎn)源。
2.對于生活鍋爐,由于同樣受火焰加熱,在特定條件下,比如:排汽管人為堵塞、冰凍、結(jié)垢等,致使鍋內(nèi)積存蒸汽,鍋爐中同樣有升壓的可能。但生活鍋爐并無承壓能力,因而承壓后更易發(fā)生爆炸。對生活鍋爐的安全也應(yīng)充分關(guān)注。
3.壓力容器的受壓情況更為復(fù)雜,大體上分器外升壓和器內(nèi)升壓兩大類,前者指壓縮機(jī)、液泵及鍋爐等給容器升壓,后者指器內(nèi)反應(yīng)及受熱產(chǎn)生壓力。通常器內(nèi)升壓的危險(xiǎn)性更大一些。